содержание   ..  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  ..

13.3. УПРАВЛЕНИЕ МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕМ В ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ

Управляют метановыделением в горные выработки путем: выбора рациональной схемы проветривания выемочного участка, от которой существенно зависит его газовый баланс, способа управления кровлей, от которого зависит уровень метановыделения из сближенных пластов и вмещающих пород, порядка отработки пластов в свите; регулирования интенсивности очистной выемки угля; подводу к источникам интенсивного выделения метана подсвежающих струй воздуха; изолированного отвода метановоздушных смесей через специальные дренажные выработки; дегазации источников выделения метана.

Широко применяемым активным способом управления метановыделением в горные выработки является дегазация — комплекс технологических процессов, направленных на предотвращение выделения метана в атмосферу горных выработок путем его извлечения, улавливания и изолированного отвода по трубам шахтной дегазационной системы, нейтрализации и связывания метана в угленосной толще. К дегазации относят также перераспределение метановых потоков в горных выработках путем изолированного отвода метана из выработанного пространства по трубопроводам или неподдерживаемым горным выработкам за пределы выемочных участков, где предварительно разбавленный в смесительной камере до безопасной концентрации метан выпускается в общую исходящую вентиляционную струю участка, этажа, панели или крыла шахты.

Способ дегазации — совокупность технических и технологических решений, направленных на дегазацию источников выделения метана в рудничную атмосферу. К техническим решениям относят выбор конструкции и размещения дегазационных скважин, сооружений, устройств и контрольно-измерительной аппаратуры, к технологическим — установление параметров, приемов и последовательности ведения дегазационных работ.

Дегазация предусматривается в случаях, когда из пласта или из выработанного пространства выделяется более 2 м3/мин метана на тонких пластах, более 3 м3/мин — на пластах средней мощности и более 3,5 м3/мин — на мощных пластах, а средствами вентиляции обеспечить содержание метана в воздухе в пределах установленных норм невозможно.

Условием применения дегазации является превышение общего метановыделения в выработку от i-гo числа источников

Различают следующие способы дегазации: дегазация неразгруженных разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород; дегазация сближенных угольных пластов и вмещающих пород при их подработке и надработке; дегазация выработанного пространства; комбинированные способы дегазации; каптаж (отвод по трубам) метана при его суфлярном выделении.
 

Дегазация неразгруженных разрабатываемых угольных пластов и вмещающих пород. При проведении капитальных горных выработок дегазацию пласта и вмещающих горных пород применяют в случаях, когда газообильность выработки составляет 3 м3/мин и более. При вскрытии газоносного пласта или газосодержащей породы выработками из них бурят на газовый коллектор специальные скважины диаметром 80—100 мм и длиной 30—100 м. Скважины обсаживают трубами, герметизируют и соединяют с системой трубопроводов, по которым газ отводят на поверхность с помощью дегазационных вакуумных установок.

При проведении полевых выработок вблизи газоносных пластов из этих выработок бурят на пласты (вверх — через 20—25 м, вниз — через 10—15 м) дегазационные скважины, наклоненные под углом 30—60° к оси выработки.

При проведении горизонтальных и наклонных выработок по угольным пластам дегазацию осуществляют при метанообильности выработки 3 м3/мин и более. Параллельно оси выработки бурят барьерные скважины. Если длина выработок (участковые бремсберги, уклоны, ходки, разрезные печи и др.) не превышает 200 м, скважины бурят сразу на всю длину выработки. При длине выработки более 200 м (штреки, капитальные бремсберги,

уклоны и др.) скважины бурят из специальных буровых камер

или ниш, устраиваемых по обеим сторонам выработки через L каждые 180—185 м. При проведении выработок по мощным

пластам вокруг забоя выработки бурят от четырех до семи скважин в зависимости от расположения выработки и мощности пласта.

Если выработку проводят по пласту с невыдержанной гипсометрией, то под углом 30° к оси выработки через каждые Юм бурят дренажные шпуры диаметром 42—50 мм. Концы шпуров должны находиться на расстоянии не менее 5 м от боков выработки. Расстояние между устьями шпуров по вертикали составляет 1,5 м, между концами шпуров — 2 м. Вакуумирование дегазационных скважин производят при разрежении до 200 гПа, при содержании же метана в отсасываемой смеси выше 50 % разрежение должно составлять 270—330 гПа.

Дегазацию разрабатываемых угольных пластов производят подготовительными выработками и скважинами. Подготовительные выработки используются для дегазации при пластовой подготовке и столбовой системе разработки. Срок дегазации оконтуренного выработками угольного массива составляет 6— 8 мес. Эффективность дегазации возрастает с увеличением проницаемости угольного массива и характеризуется коэффициентом £э. д=0,2-0,3.

Дегазацию разрабатываемых угольных пластов скважинами, пробуренными из подготовительных выработок, осуществляют при всех системах разработки. Расположение скважин бывает параллельное, веерное, кустовое и комбинированное (рис. 13.2).

При выборе схемы дегазации разрабатываемого пласта исходят из следующих условий: если дегазация участка возможна восстающими и нисходящими скважинами, то предпочтение отдают восстающим скважинам; веерное расположение скважин применяют при невозможности бурить параллельные скважины, отсутствии необходимой длины выемочных выработок и в зонах геологических нарушений; диаметр пластовых скважин принимают равным 80—150 мм, а угол их наклона — равным углу падения пласта (при расположении скважин по восстанию или падению) или 0—15° к линии простирания (при горизонталь-ном расположении скважин); длину параллельных скважин устанавливают на 10—15 м меньше длины лавы или равной ей (при оконтуренном выемочными выработками участке) и на 15—20 м больше длины лавы, если вентиляционная выработка еще не пройдена; расстояние между параллельными скважинами принимают в пределах 5—30 м; расстояние между кустами скважин при веерно-кустовой схеме расположения принимается равным 30—70 м, а расстояние между концами скважин— 10—35 м.


 

Коэффициент эффективности дегазации при использовании пластовых параллельных скважин составляет 0,2—0,5, веерных скважин, пробуренных вкрест простирания пласта, 0,1—0,3.

Дегазация сближенных угольных пластов и вмещающих пород при их подработке и надработке. Эффективность дегазации таких пластов и пород определяется степенью разгрузки, которая зависит от мощности разрабатываемого и сближенного пластов, свойств вмещающих пород, удаленности сближенного пласта от разрабатываемого и других факторов. Различают схемы дегазации пологих и наклонных, крутых тонких и крутых мощных подрабатываемых и надрабатываемых угольных пластов.

При дегазации пологих и наклонных пластов дегазационные скважины бурят из откаточных, вентиляционных или полевых штреков. Схемы расположения дегазационных скважин, пробуренных на подрабатываемые пласты, при сплошной и столбовой системах разработки приведены на рис. 13.3.

При выборе схемы дегазации исходят из следующих условий: при сплошной системе разработки скважины бурят из вентиляционного или откаточного штрека параллельно линии очистного забоя, либо под углом 20—45° в сторону подвигания лавы, а также из откаточного штрека вышележащего этажа; при столбовой системе разработки с обратным порядком обработки выемочных полей скважины бурят с разворотом в сто-

нескольких подрабатываемых пластов одной скважиной производят при расстоянии между пластами до 10 м при М/mg и до 15—20 м при М/mg>30 (М — расстояние по нормали между разрабатываемым и подрабатываемыми пластами, м; mg — вынимаемая мощность разрабатываемого пласта, м).

Эффективность дегазации подрабатываемого пологого пласта при бурении скважин из вентиляционных штреков выше на 30— 50 %, чем из откаточных. Разрежение в устье скважины принимают равным 120—135 гПа.

Дегазацию вмещающих пород скважинами применяют при метановыделении в выработки выемочного участка более

2 м3/мин или недостаточной эффективности дегазации сближенных пластов. При близком залегании газоносных пород и сближенного пласта рекомендуют одновременную их дегазацию. Коэффициент эффективности дегазации пород достигает 0,3.

Дегазацию разгруженных тонких крутых пластов осуществляют при помощи как породных, так и пластовых скважин (рис. 13.4, а). Породные скважины бурят из выработок по разрабатываемым пластам, полевых выработок и выработок по неразрабатываемым пластам, пластовые — из группового штрека, проводимого по одному из сближенных пластов, или промежуточного квершлага.
 

Коэффициент эффективности дегазации тонких крутых сближенных пластов возрастает с увеличением расстояния между разрабатываемым и сближенным пластами М. Он составляет при подработке 0,2 (М= 10—20 м), 0,3—0,6 (M = 20-60 м) и 0,6—0,7 (М>60 м) и при надработке 0,1—0,2 (М<10 м), 0,2—0,4 (М= 104-30 м) и 0,4—0,6 (М>30 м).

Дегазация надрабатываемых мощных крутых пластов осуществляют скважинами из выработок, пройденных по одному из разрабатываемых пластов свиты (рис. 13.4, б), полевого штрека (рис. 13.4, б), промежуточных квершлагов, и при помощи газосборных выработок, пройденных по дегазируемому пласту.

Из полевого штрека дегазационные скважины бурят веером, состоящим из двух-четырех скважин, по восстанию пласта через каждые 20—30 м по длине полевого штрека. Диаметр дегазационных скважин 60—200 мм, глубина герметизации их устьев не менее 3 м Разрежение в скважинах принимают равным 135—160 гПа. Опережение бурения скважин на надрабатываемые мощные пласты 2—3-месячного подвигания лавы по простиранию разрабатываемого пласта. Коэффициент эффективности дегазации крутых мощных пластов при их надработке или подработке равен 0,2—0,4.

Дегазацию сближенных угольных пластов, вмещающих пород и выработанного пространства с помощью газосборных выработок и скважин применяют в тех случаях, когда в качестве газосборной можно использовать выработку, пройденную для технологических целей, или когда нельзя осуществить дегазацию скважинами, буримыми из горных выработок. Оптимальное расстояние до газосборной выработки от разрабаты-

 

заемого пласта равно 20—30 м и составляет 0,2—0,3 высоты этажа от вентиляционного штрека. При глубине горных работ до 500 м и значительном выделении метана из выработанных пространств и сближенных пластов дегезацию ведут буримыми с поверхности вертикальными скважинами, которые располагают так, чтобы к моменту окончания оборудования скважины от нее до лавы оставалось не менее 30 м. Расстояние между вертикальными скважинами по направлению подвигания лавы принимают равным 50—100 м, а от вентиляционной выработки до места пересечения скважины с пластом—10—25 м при  М/тв = 20—40 и 30—70 м при М/тв>4-0. Коэффициент эффективности дегазации при использовании газосборных выработок и скважин в благоприятных условиях равен 0,7, а при бурении вертикальных скважин с поверхности — 0,5—0,6

Дегазацию выработанного пространства действующего выемочного участка применяют или в комплексе с другими способами, или самостоятельно при метановыделении на участке более 3—4 м3/мин, когда другими способами дегазации либо средствами вентиляции невозможно обеспечить снижение содержания метана в воздухе до допустимых норм.

На действующих участках при разработке тонких и средней мощности пластов дегазацию выработанного пространства осуществляют скважинами, пробуренными над куполом обрушения пород кровли. Расстояние между скважинами принимают равным 10—20 м. Старые выработанные пространства дегазируют с помощью скважин, которые бурят из поддерживаемых горных выработок. В этом случае расстояние между скважинами по простиранию составляет 150—400 м и более.

Для дегазации выработанных пространств при разработке мощных крутых пластов скважины бурят из полевых выработок или выработок нижележащего пласта с таким расчетом, чтобы они пересекали выработанное пространство на расстоянии 0,7 высоты этажа по вертикали от откаточного штрека.

Одним из способов управления метановыделением из выработанных пространств в очистные забои является подача в обрушенные породы суспензии метанпотребляющих микроорганизмов Усвоение метана микроорганизмами позволяет уменьшить выделение газа на 25—35 %.

Перераспределение метановых потоков на вентиляционных участках при помощи изолированного отвода метана из выработанных пространств осуществляют газоотсасывающими установками по трубам или газодренажным выработкам. Метан отводят за пределы выемочного участка в смесительную камеру, где его разбавляют до безопасной концентрации. Такую схему применяют при газовыделении на выемочном участке не менее 4 м3/мин при мощности пласта 0,5—1 м, 5,5 м3/мин при мощности 1,1—1,3 м, 7 м3/мин — при мощности от 1,4—1,6 м и 8 м3/мин при мощности 1,7—2 м. При этом доля участия выработанного пространства в газовом балансе участка должна составлять не менее 35%- Диаметр газоотводящего трубопровода равен 500—700 мм. Коэффициент эффективности дегазации способа может достигать 0,7—0,8.

Если использование рассмотренных выше способов дегазации не дает должного эффекта, то применяют способы интенсификации дегазации угольных пластов, позволяющие повысить эффективность дегазации до 60—70 %.

Интенсификация дегазации достигается путем гидравлического расчленения или физико-химической обработки угленосной толщи растворами соляной кислоты и поверхностноактивных веществ за два—три года до начала ведения горны работ с заблаговременным извлечением метана. Для этого с земной поверхности до дегазируемых разрабатываемых и сближенных пластов бурят скважины, которые обсаживают металлическими трубами с внутренним диаметром 100—125 мм и толщиной стенок не менее 7—9 мм. Расстояние между скважинами выбирают исходя из направления основной трещиноватости пласта и программы развития горных работ. В среднем оно равно 250—300 м. Затем в скважины нагнетают рабочую жидкость под давлением 10—35 МПа, в результате чего происходит раскрытие трещин с объединением в единую гидравлическую систему, по которой фильтруется и через скважину удаляется на поверхность метан. Коэффициент эффективности дегазации составляет 0,4—0,6.

Комплексные схемы дегазации применяют при невозможности обеспечить допустимые нормы содержания метана в рудничной атмосфере в случае использования какого-либо одного способа дегазации. При разработке мощных пластов, когда в очистные выработки выделяется значительное количество метана из пласта и выработанного пространства, применяют пластовые скважины и вертикальные скважины, буримые с поверхности, для дегазации выработанного пространства и сближенных пластов, а также изолированный отвод метана по дренажным выработкам В случае значительного газовыделения из разрабатываемого пласта используют пластовую дегазацию и гидрорасчленение. При сближенных пластах бурят скважины под куполами обрушения и применяют дегазацию выработанного пространства путем изолированного вывода из него метана.